CN102016570A - 使用和构建纳米传感器平台的方法 - Google Patents

使用和构建纳米传感器平台的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102016570A
CN102016570A CN2008801175504A CN200880117550A CN102016570A CN 102016570 A CN102016570 A CN 102016570A CN 2008801175504 A CN2008801175504 A CN 2008801175504A CN 200880117550 A CN200880117550 A CN 200880117550A CN 102016570 A CN102016570 A CN 102016570A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nano
sensor
disease
silicon
molecule
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2008801175504A
Other languages
English (en)
Inventor
C·周
M·E·汤普森
R·J·科特
F·石川
M·库雷利
H-K·常
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Southern California USC
Original Assignee
University of Southern California USC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Southern California USC filed Critical University of Southern California USC
Publication of CN102016570A publication Critical patent/CN102016570A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
    • C12Q1/6825—Nucleic acid detection involving sensors
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61P—SPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00—Antineoplastic agents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00—Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6827—Hybridisation assays for detection of mutation or polymorphism
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6876—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes
    • C12Q1/6883—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material
    • C12Q1/6886—Nucleic acid products used in the analysis of nucleic acids, e.g. primers or probes for diseases caused by alterations of genetic material for cancer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4146—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS involving nanosized elements, e.g. nanotubes, nanowires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/154—Methylation markers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2600/00—Oligonucleotides characterized by their use
    • C12Q2600/156—Polymorphic or mutational markers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T436/00—Chemistry: analytical and immunological testing
    • Y10T436/14—Heterocyclic carbon compound [i.e., O, S, N, Se, Te, as only ring hetero atom]
    • Y10T436/142222—Hetero-O [e.g., ascorbic acid, etc.]
    • Y10T436/143333—Saccharide [e.g., DNA, etc.]

Abstract

本发明涉及纳米线、纳米管和纳米传感器平台的用途。在一个实施方案中，本发明提供了构建纳米传感器平台的方法。在另一实施方案中，本发明提供了在纳米传感器平台上分析多个生物标志物信号用以检测疾病的方法。

Description

使用和构建纳米传感器平台的方法
发明领域
本发明涉及生物技术领域；特别地，涉及纳米传感器平台以及疾病和状况的检测。
发明背景
以相同的程度将所有出版物通过引用并入本文，好似每一单独出版物或专利申请具体且单独地表示为通过引用而并入。下面的描述包括在理解本发明方面中可能有用的信息。这并非承认本文提供的任何信息是现有技术或者与目前要求的发明相关，或者具体或隐含参考的任何出版物是现有技术。
过去十年间利用不同的纳米材料作为传感元件(悬臂梁、量子点、纳米管、纳米线、纳米带、纳米间隙和纳米级膜)设计和制造了多种传感器结构。这些传感器件中的一些例如基于悬臂梁和量子点的那些是高度特异、超灵敏的，且具有短的响应时间。然而，这些器件中的许多种需要集成有光学部件以使表面结合现象转换为可读信号。据预期，对检测光学器件的需要显著提高这种器件的运行成本。因此，本领域中存在对替代性传感器件的需要。
如本领域中所已知的，受试体中的疾病、细菌或病毒污染、过敏反应等的演化还可导致相关生物标志物的存在。进而，这些疾病和/或状况可通过跟踪生物标志物的存在进行监测。例如，目前存在若干已知的癌症生物标志物。过去几年间，逐步阐明了癌症的分子基础，并且开始理解致癌作用的多步骤机制中涉及的共同以及相异的基因改变，从而提供另外的癌症标志物。
然而，为其诊断和预测效用所开发和生效的大多数分子检测技术，效率是灵敏性、特异性、操作容易性、成本、速度和对常规临床实验室的可获得性之间折衷的结果。这些包括久经试验的手工技术，以及许多自动化技术例如微制造阵列和表面等离子体振子共振系统。因此，本领域中存在着对高效且有效的另外分子检测技术的需要。
类似地，本领域中存在对多标志物阵列需要。血清是蛋白质和核酸生物标志物的来源，并就其本性而言，可反映局限于器官内的情况。单一生物标志物的使用对检测仅提供了有限的灵敏性和特异性。用于前列腺癌筛查的前列腺特异抗原(PSA)是例如用于癌症筛查的单一癌症标志物的少数例子之一，并且由于其缺少特异性而显示出其存在问题。相反，多标志物方法的使用显示了给筛查增加了特异性和灵敏性。许多疾病和状况例如癌症的特征在于许多分子改变并且使多个标志物阵列对于疾病和/或状况的成功早期检测成为关键。因为定量方法和生物标志物开发的新进展，例如基质辅助激光解吸附电离-飞行时间-质谱法、表面增强激光解吸附电离、毛细管电泳、2D-GE、表面等离子体共振等，所以存在着状况多标志物的许多发现。例如，目前能够使用血清试验产生分子模式图以便实现癌症筛查的目标。因此以灵敏和特异的高通量方式检测标志物的廉价分析平台的可获得性将是高度所需的。
例如，已显示4种分析物(瘦蛋白、催乳素、骨桥蛋白和胰岛素样生长因子-II)的同时定量能够以高(95％)效率在无疾病和上皮性卵巢癌病人(包括诊断患有阶段I和II疾病的病人)之间作出区分。尽管单一蛋白质不能将癌症组与健康对照组分开，但4种分析物的组合显示出高灵敏性、阳性预测值、特异性和阴性预测值。该例子证明多元生物标志物检测和定量的效用与重要性。存在解决与低发性癌症(例如如同卵巢癌)筛查有关的问题的潜在可能，其中作为单独决定因素的单一标志物对筛查具有有限价值，或没有价值。还存在着开发用于多元标志物检测的单平台技术的需要，其可避免与目前技术例如ELISA有关的高花费和多个费力介入步骤的问题。另外，存在着开发用于多个不同状况和疾病的筛查例如单一的低发性癌症的测试的需要，其中即使特异，其也将是费用过高的。因此单一、低费用的测试，例如涉及多个癌症的标志物检测所用芯片，将证明是有利的。
发明概述
多种实施方案提供了纳米传感器，其包含经配置用于发出电信号的纳米材料和一种或多种分布在该纳米材料表面上的捕获试剂，其中该纳米传感器经配置从而使目标分子对一种或多种捕获试剂之一的结合引起电信号的变化。在另一实施方案中，电信号的变化是电导、电流、跨导、电容、阈值电压或它们的组合的变化。在另一实施方案中，捕获试剂包含多核苷酸和/或多肽。在另一实施方案中，捕获试剂包含适体、受体、配体或它们的组合。在另一实施方案中，纳米材料包含碳纳米管。在另一实施方案中，通过碳纳米管的图案化生长制造纳米材料。该纳米材料还可以包含In2O3纳米线。在另一实施方案中，通过液栅测量校准跨导变化。在另一实施方案中，目标分子包含分析物。在另一实施方案中，目标分子包含生物分子。在另一实施方案中，存在或不存在生物分子是与疾病有关的分子信号的指示。
其它实施方案包括补偿检测系统，该系统包含用衬底垂直功能化的纳米材料。在另一实施方案中，纳米材料包含碳纳米管和/或In2O3纳米线。在另一实施方案中，衬底包含Si/SiO2。
其它实施方案包括制备生物传感器以检测与疾病有关的分子信号的存在的方法，该方法包括：提供包含一对或多对交指形源电极和漏电极的生物传感器，和在所述一对或多对交指形源电极和漏电极上制造多个纳米线。在其它实施方案中，纳米线包含In2O3。在其它实施方案中，In2O3生长在衬底上。在其它实施方案中，一种或多种交指形源电极和漏电极各具有1微米-100微米的通道长度和100微米-1000微米的通道宽度。在其它实施方案中，交指形源电极和漏电极各具有约2.5微米的通道长度以及约500、约780和/或约2600微米的通道宽度。
其它实施方案包括制备生物传感器阵列的方法，该方法包括将一些多晶硅和/或一些非晶硅置于绝缘衬底上，并且将所述一些多晶硅和/或一些非晶硅合并为生物传感器阵列的部件。
其它实施方案可以包括生物传感器阵列，该阵列包含图案化成一个或多个纳米线的薄膜半导体。
其它实施方案包括纳米传感器平台，该平台包含配置有多个交指形电极和纳米线的场效应晶体管以及在绝缘体上的多晶/非晶硅，其中在绝缘体上的多晶/非晶硅是场效应晶体管的部件。在另一实施方案中，纳米线包含In2O3。
多种实施方案包括制造纳米管生物传感器的方法，该方法包括制备催化剂，通过使用所制备的催化剂生长定向纳米管；和限定由定向纳米管间隔开的金属电极。在另一实施方案中，生长定向纳米管包括用甲烷、乙烯、氢和/或CO作为进料进行纳米管的化学气相沉积生长。在另一实施方案中，生长定向纳米管包括使用蓝宝石和/或石英作为衬底。
其它实施方案包括将弹性体聚二甲基硅氧烷附着(attach)到硅/氧化硅表面的方法，该方法包括用连接分子处理硅/氧化硅表面，并将弹性体聚二甲基硅氧烷附着到硅/氧化硅表面。在另一实施方案中，连接分子包含硅酸和/或烷基硅烷。在另一实施方案中，连接分子包含硅化合物。
各种实施方案包括校准纳米传感器平台的响应，这包括选取纳米传感器平台的一种或多种电子性能，和校准来自所述一种或多种从纳米传感器平台选取的电子性能的响应。在另一实施方案中，一种或多种电子性能之一包含跨导。在另一实施方案中，跨导定义为用dIds/dVg除。在另一实施方案中，跨导定义为用dlogIds/dVg除。
多种实施方案包括用于检测和/或监测疾病的装置，该装置包含纳米材料和结合到该纳米材料的多个捕获分子，其中对所述多个捕获分子进行配置用以识别一种或多种与疾病分子信号有关的生物分子。在另一实施方案中，捕获分子包含多肽。在另一实施方案中，捕获分子包含多核苷酸。在另一实施方案中，捕获分子包含适体。在另一实施方案中，捕获分子包含多核苷酸复合物。
其它实施方案包括在从其获得样品的个体中确定疾病存在的方法，该方法包括从样品除去背景噪声，提供经配置以检测疾病的多标志物信号存在或不存在的纳米传感器器件，和将纳米传感器器件与样品接触以确定疾病的多标志物信号存在或不存在，其中多标志物信号的存在是疾病的指示。其它实施方案包括通过用一种或多种防止非目标存在体发生结合的分子将纳米传感器器件功能化来除去背景噪声。其它实施方案包括通过放大纳米传感器器件的结合信号来除去背景噪声。其它实施方案包括使用夹心测定法(sandwich assay)放大纳米传感器器件的结合信号。其它实施方案包括通过预处理样品以除去主要干扰成分而除去背景噪声。
其它实施方案包括治疗疾病的方法，该方法包括提供经配置的纳米传感器器件以检测疾病的分子信号存在或不存在，将纳米传感器器件与样品接触以确定疾病的分子信号存在或不存在，及治疗该疾病。
多种实施方案还包括改善纳米传感器的灵敏性的方法，该方法包括提供纳米传感器，并且通过液栅电压和/或背栅电压进行生物传感测量以改善纳米传感器的灵敏性。
其它实施方案包括制备生物传感器阵列的方法，该方法包括将一些半导体膜置于衬底上，和将所述一些半导体膜合并为生物传感器阵列的部件。在其它实施方案中，半导体膜包含单晶硅。在另一实施方案中，半导体膜包含多晶硅/或非晶硅。
结合附图，本发明的其它特征和优点将由下面的详细描述变得清楚，所述描述以举例方式说明了本发明的多种实施方案。
附图详述
参考附图说明了示例性实施方案。本文公开的实施方案和附图意欲认为是说明性而非限制性的。
根据本文描述的实施方案，图1描绘了：(a)在完整3”晶片上的器件的光学显微照片。(b)具有交指形源电极和漏电极的通道区域的光学显微照片。(c)源电极和漏电极之间In2O3 NW的SEM图像。(d)一组在不同栅电压(Vg)下源-漏电流(Ids)相对于源-漏电压(Vds)的坐标图。Vg的步幅是1V。(e)在线性(左)和log(右)标度中Ids相对于Vg的坐标图。
根据本文描述的实施方案，图2描绘了以(a)高密度和(b)低密度分散在Si/SiO2衬底上的In2O3纳米线的SEM图像。以(c)高密度纳米线和(d)低密度纳米线获得器件的统计分析。
根据本文描述的实施方案，图3描绘在覆盖有50nm SiO2的Si衬底上的In2O3纳米线器件的阈值电压柱状图。
根据本文描述的实施方案，图4描绘了由使用在绝缘体上的多晶/非晶硅自顶向下制造硅纳米线的方法。(a)描绘了沉积在合适衬底例如电介质101和硅102上的多晶硅或非晶硅100；(b)描绘了使用光学光刻法和反应性离子刻蚀法(RIE)限定的活性层台面；(c)描绘了为产生简并引入物(lead-in)而进行的离子注入，以及掺杂区域103；(d)描绘了为活化掺杂区域103而进行的退火；(e)描绘了使用电子束写入和RIE以所需宽度来限定纳米线；(f)描绘了使用光学光刻法和剥离技术产生的金属触点104。
根据本文描述的实施方案，图5描绘了使用定向碳纳米管制造生物传感器阵列的示意图。(a)描绘了催化剂105的制备；(b)描绘了定向碳纳米管106的生长；(c)描绘了金属电极107的限定。
根据本文描述的实施方案，图6描绘了使用定向碳纳米管的生物传感器阵列的图像。(a)具有到结合片(bonding pad)的互连线的生物传感器阵列的示意图。(b)生物传感器芯片的光学显微照片。(c)(b)中高亮区域的SEM图像。(d)器件的活性通道区域的SEM图像。(e)源电极和漏电极之间定向纳米管的SEM图像。
根据本文描述的实施方案，图7描绘了(a)定向纳米管器件电阻的柱状图，和(b)使用抗IgG抗体修饰的定向纳米管生物传感器的IgG检测，其中插图显示了器件结构的示意图。
根据本文描述的实施方案，图8描绘了产生高开/关比率器件的CNT的典型密度。
根据本文描述的实施方案，图9描绘了典型的电特性，其中绘制了在不同栅电压(Vg)下的源-漏电流(Ids)相对于源-漏电压(Vds)。I-Vgf和I-Vdsf。明显分开的曲线表示器件对栅电压的良好灵敏性，这产生了改善的器件灵敏性。(a)描绘了Vds(V)；(b)描绘了Vg(V)。
根据本文描述的实施方案，图10描绘了用使用半导体纳米管网络的器件感测SA。如(a)所示，该器件在暴露于100pM的SA溶液时显示出～1％的电导下降，并且进一步加入较高浓度的SA产生了大的电导下降。在另一方面，如(b)所示，使用混合纳米管网络的器件在暴露于2nM SA时仅显示出可忽略的响应(＜＜1％)，从而表明混合纳米管网络器件的最低检测极限与半导体纳米管网络器件相比最多为其1/20。此外，在不同浓度(c)下对SA的响应幅度的对比揭示了半导体纳米管网络器件比混合纳米管网络器件提高的灵敏性，从而证实使用半导体纳米管网络作为生物传感器的优点。
根据本文描述的实施方案，图11描绘了双官能分子的一般结构。如本文中所述，(a)描绘了双官能分子的例子。类似地，(b)描绘了如本文所述的双官能分子的例子。例如，该分子可以是SiCl4；或例如，该分子可以是Si(OR)4，其中R为烷基或H。
根据本文描述的实施方案，图12描绘了(a)测量机构的示意图，其中为了选取用于校准传感器响应的参数，使用液栅测量法；(b)描绘了典型的Ids-Vg曲线。
根据本文描述的实施方案，图13描绘了器件暴露于链霉亲合素溶液前/后的典型Ids-Vg曲线，SEM图像的插图显示了被用生物素官能化的In2O3纳米线捕获的标记有10nm Au纳米颗粒的链霉亲合素分子。
根据本文描述的实施方案，图14描绘了对于绝对响应和相对响应通过使它们分别除以dIds/dVg和dlogIds/dVg而成功归一化。(a)显示了相对于器件鉴别数目绘制的绝对响应以及校准之前的响应平均值。相比于(a)，归一化的器件响应(绝对响应/dIds/dVg)显示出距离(b)中所示平均值的较小偏差，这是在进行校准之后。通过引入偏差系数(CV)校验了该较小偏差，该偏差系数为除以平均值的一个标准偏差。(c)分别显示了对于链霉亲合素和抗生物素蛋白在校准前/后的绝对和相对响应的CV。描绘了每个响应在校准后降低的CV。
根据本文描述的实施方案，图15描绘了(a)当Vg＝0.4V时链霉亲合素(SA)的感测。当使该器件暴露于10、100和1,000nM的SA时，该器件分别显示了提高1、2和10％的归一化电导。在另一方面，(b)对于Vg＝0.1V，该器件分别显示了提高4％、24％和47％的归一化电导，从而指示了提高的响应。
图16(现有技术)描绘了一些嵌入分子的结构。(a)描绘了YOYO 1；(b)描绘了TOTO 1；(c)描绘了POPO 1。
根据本文描述的实施方案，图17描绘了对于目标为双链DNA的肽核酸结合模式的示意图。
详述
通过引用将本文提及的全部参考文献以全文并入，如同完全阐述。除非另外指明，否则，本文使用的技术和科学术语具有本发明所属领域的普通技术人员之一所通常理解的相同含义。Singleton等人，Dictionary of Microbiology and Molecular Biology第3版，J.Wiley& Sons(New York，NY 2001)；March，Advanced Organic ChemistryReactions，Mechanisms and Structure第5版，J.Wiley & Sons(NewYork，NY 2001)；以及Sambrook和Russel，Molecular Cloning：ALaboratory Manual第3版，Cold Spring Harbor Laboratory Press(Cold Spring Harbor，NY 2001)，给本领域技术人员提供了用于本申请的许多术语的一般指引。
本领域技术人员将认识到许多类似于或等同于本文所描述的那些的方法和材料，其可用于本发明的实践。实际上，本发明绝不限于所描述的方法和材料。出于本发明的目的，下面定义以下术语。
本文中使用的“FET”表示场效应晶体管。
本文中使用的“NT”表示纳米管。
本文中使用的“NW”表示纳米线。
本文中使用的“SOI”表示绝缘体上的硅。
本文中使用的“RIE”表示反应性离子刻蚀。
本文中使用的“CVD”表示化学气相沉积。
本文中使用的“DI”表示去离子化。
本文中使用的“CNT”表示碳纳米管。
本文中使用的“PMMA”表示聚(甲基丙烯酸甲酯)。
本文中使用的“PDMS”表示弹性体聚二甲基硅氧烷。
本文中使用的“CV”表示变异系数。
本文中使用的“SA”表示链霉亲合素。
本文中使用的“PNA”表示肽核酸。
本文中使用的“适体”是可以按特异性结合到目标分子的分子。
本文中使用的纳米线的“自顶向下”制造技术以体型(bulk)材料开始并使用各种技术减小这些材料的尺寸以切割、图案化、刻蚀和成型为所需的几何形状和顺序(order)。相反，“自底向上”方法包括由分子前体制备纳米线而不是以体型半导体开始。
本文中使用的“背景噪声”是指在进行分析以确定所关注的分析物或分子存在或不存在时接收到的错误信号或混乱信号。例如当分析物具有低的净电荷时，或者例如当分析物以痕量水平存在于生物分子的复杂混合物如血液、血清或尿中时，可产生背景噪声。
本文中使用的“嵌入”是指插入已有结构例如多核苷酸序列中的能力。
本文中使用的“处理”和“进行处理”是指治疗处理以及预防或防预措施，其中目的是获得有益结果，即使所述处理最终不成功。
I.纳米传感器平台
如本文中所公开的，本发明人制造了基于纳米级FET的纳米生物传感器。本发明人制备了在源电极和漏电极之间具有所需纳米材料的FET，并然后用经设计以结合特异生物分子或分析物的分子涂层来涂覆所述纳米材料。目标生物分子和/或分析物与纳米传感器的结合在纳米线和/或纳米管的周围环境中产生明显变化，并且检测到器件的跨导变化。器件的高灵敏性来源于纳米线和纳米管的高的表面积与体积比，从而使少量生物分子或分析物结合导致纳米级半导体的电子性能的明显改变。
如本文中所进一步公开的，本发明人利用基于下面两种材料系统的补偿检测：碳纳米管和In2O3纳米线。本发明人基于对获得活性传感纳米材料和支承衬底的差异功能化的需要而选择纳米材料。由于Si/SiO2衬底是大多数生物传感应用所选择的衬底，使用硅纳米线将阻碍具有不同官能团的Si纳米线和Si/SiO2衬底的选择性功能化，并且不希望的结果是抗体和抗原(通常很昂贵且量很少)将与纳米线和衬底两者结合。相比之下，可容易地获得碳纳米管、In2O3纳米线和Si/SiO2衬底的垂直功能化。结果，可容易地获得具有所需探针分子的碳纳米管或In2O3纳米线的选择性功能化，同时可用其它分子来钝化衬底以抑制非特异性结合。本发明的一方面包括用抗体和适体使在微观流体通道上游处的衬底和周围通道钝化，所述抗体和适体可结合血清样品中与癌症检测无关的高浓度蛋白质，因此在血清样品到达纳米传感器之前有效提供该血清样品的过滤。
在一个实施方案中，本发明提供了其中纳米材料置于源电极和漏电极之间的纳米传感器。在另一实施方案中，纳米传感器基于纳米级FET。在另一实施方案中，纳米材料是纳米线和/或纳米管。在另一实施方案中，纳米材料是碳纳米管和/或In2O3。在另一实施方案中，纳米材料涂覆有分子涂层。在另一实施方案中，对该分子涂层进行设计以结合特定的生物分子和/或分析物。在另一实施方案中，目标生物分子和/或分析物的结合导致了纳米材料周围环境的变化。在另一实施方案中，目标生物分子和/或分析物的结合导致跨导变化。在另一实施方案中，目标生物分子和/或分析物的结合导致了纳米级半导体电子性能的明显改变。在另一实施方案中，纳米传感器利用补偿检测系统。在另一实施方案中，该补偿检测系统进行碳纳米管、In2O3纳米线和/或Si/SiO2衬底的垂直功能化。在另一实施方案中，纳米传感器使用交指形电极。在另一实施方案中，在样品到达纳米传感器之前存在该样品的过滤。
本领域技术人员明白，可以与本文所述的各种实施方案结合使用经设计以结合特定生物分子或分析物的任何数量的分子涂层，例如多核苷酸、多肽、抗体、PNA、适体、受体、配体或它们任何数量的组合。例如，适体提供尺寸小的优点且因此因目标分子的结合而在较接近纳米传感器的表面发生电荷分布改变，从而提高信号强度。相比于抗体，适体可容许较苛刻的环境变化，这可产生较长的贮存期并且容许许多功能化操作。
纳米传感器平台-纳米线传感器制造
如本文所描述的，相比于用非交指形电极制造的器件，本发明人使用交指形电极以改善的一致性和产率来获得纳米线场效应晶体管生物传感器的容易和可靠的制造方法。如本领域技术人员所已知的，为进行定量分析，对于监测与许多疾病的发展有关的生物标志物的浓度所需的分析，必须存在可接受的实施器件的高产率和一致的器件性能(器件与器件之间变化小)。此处，本发明人利用交指形电极来提高对于使用自底向上方法制造纳米传感器的有效通道宽度。在图1、2和3中描绘了例子。这些交指形电极致使提高在源极和漏极之间进行桥接的随机分散的纳米线的概率/数目，并同时保持相同的印记。结果，用交指形电极制造的器件比具有非交指形电极的器件具有更一致的性能和更高的产率，并且器件的产率和一致性比得上用组装辅助技术获得的那些器件。这种方法与现有技术相比具有许多优点，例如简单性、可量测性、再现性、高产出量和室温处理性。
在一个实施方案中，本发明提供了具有交指形电极的纳米线生物传感器。在另一实施方案中，所述交指形电极提高了在源极和漏极之间进行桥接的纳米线的概率和/或数目。
在另一实施方案中，本发明提供了通过下面步骤或其任何组合制造纳米线生物传感器的方法：(1)通过超声处理使In2O3纳米线悬浮在异丙醇中；(2)使该溶液分散到完整的3”Si/SiO2衬底上，接着通过光学光刻法进行Ti/Au源电极和漏电极的限定。在另一实施方案中，通过激光烧蚀处理使In2O3纳米线预先生长在Si/SiO2衬底上。在另一实施方案中，交指形电极具有1微米-20微米的通道长度，优选长度为约2.5微米。在另一实施方案中，交指形电极具有10微米-5000微米的有效通道宽度。在另一实施方案中，交指形电极具有约500微米、780微米和/或2600微米的有效通道宽度。
如本文所进一步公开的，本发明人使用在绝缘体上的多晶/非晶硅采用自顶向下制造硅纳米线。例子描绘于图4中。通过用多晶硅和非晶硅替代SOI晶片中的单晶硅，本发明人能够使成本显著降低，并同时保持可产生高的产率和小的器件与器件之间变化的自顶向下、工厂相容性(foundry compatible)制造的优点。此外，可将非晶硅沉积在非常规刚性/柔性衬底例如玻璃和PET上，这进一步降低生产成本。
在一个实施方案中，本发明提供了在绝缘体上硅晶片中具有多晶硅和/或非晶硅的纳米线生物传感器。在另一实施方案中，非晶硅沉积在非常规衬底上。在另一实施方案中，该非常规衬底是玻璃和/或PET。
在另一实施方案中，本发明提供了使用下面3种样品的硅纳米线的自顶向下制造法：绝缘体上单晶硅、沉积在衬底上的多晶硅膜和沉积在衬底上的非晶硅膜。
在另一实施方案中，本发明提供了通过下面步骤或其任何组合制造纳米线生物传感器的方法：(1)将多晶硅和/或非晶硅沉积在合适的衬底上，或者使用绝缘体上单晶硅的晶片作为起始衬底；(2)使用光学光刻法和反应性离子刻蚀限定出活性层台面；(3)进行离子注入以产生简并引入物；(4)实施退火以活化掺杂剂；(5)使用电子束刻写和反应性离子刻蚀限定出具有所需宽度的纳米线；(6)使用光学光刻法和剥离技术产生金属触点。
在另一实施方案中，本发明提供了通过图案化和刻蚀将沉积在衬底上的半导体膜图案化成纳米线来制造纳米线生物传感器的方法。在另一实施方案中，所述半导体膜可以包括单晶硅，多晶硅，非晶硅，或者例如GaAs、InP和/或GaN的材料。
纳米传感器平台-纳米管传感器制造
如本文所公开的，本发明人开发了基于在所需位置的定向碳纳米管图案化生长的可制造和可缩放生物传感器阵列的新型直接方法。在图5、6和7中描绘了例子。这种方法具有若干优点，例如由于使用无需电子束写入的常规制造而大量生产的能力；因使用多个纳米管而一致和可重复的器件性能；以及以特定位置和以任何阵列尺寸确定性地构建生物传感器阵列。有序纳米管阵列的使用提供了许多重要优点，这是因为取向控制使传感器阵列制造的再现性变得容易并得到提高。此外，该结构具有容错性：一个通道的破坏使其它通道仍敞开，从而在源极和漏极之间提供传导路径。可以使用这种纳米传感器阵列制造方法作为多重纳米传感器阵列制造的基础。
在一个实施方案中，本发明提供了利用高度定向纳米管作为半导体的生物传感器阵列。在另一实施方案中，纳米管是单壁碳。在另一实施方案中，纳米管用于生物分子的检测。在另一实施方案中，可以使用纳米管生物传感器来检测IgG抗原。在另一实施方案中，可以通过在4℃下浸入PBS缓冲液中的抗IgG抗体溶液中约12小时用抗IgG抗体对纳米管生物传感器进行功能化。
在另一实施方案中，本发明提供了通过下面步骤或其任何组合制造纳米管生物传感器的方法：(1)催化剂制备；(2)定向碳纳米管生长；和(3)金属电极限定。在另一实施方案中，催化剂制备包括下面中的一个或多个：将石英衬底以光学光刻法进行图案化从而产生用于催化剂的孔洞；将在去离子(D.I.)水中的铁蛋白(Sigma)溶液滴到衬底上并保持10分钟；用D.I.水冲洗衬底，并在丙酮中剥离光致抗蚀剂层；在700℃下将具有铁蛋白颗粒的衬底煅烧10分钟以形成充当催化剂的铁氧化物纳米颗粒。在另一实施方案中，定向碳纳米管生长包括以2,500sccm的甲烷、10sccm的乙烯和600sccm的氢在900℃下持续10分钟的CNT化学气相沉积(CVD)生长，从而在特定位置产生取向CNT的布置(allocation)。在另一实施方案中，金属电极限定包括使用光学光刻法和剥离技术限定金属电极即10nm Ti和30nm Au。在另一实施方案中，相邻器件之间的间距为约20μm。
如本文所进一步公开的，本发明人使用半导体纳米管网络作为生物传感器的活性通道来改善灵敏性。本文按图8、9和10描绘了例子。使用碳纳米管网络成功制造了具有高的开/关比率(纳米管网络半导性的指示)的器件，其中仔细调节纳米管的密度。
本发明人使用半导体纳米管网络作为生物传感器的活性通道，并且将灵敏性(最低检测极限)改善到具有混合纳米管(金属和半导体纳米管两者)网络的器件的20倍以上。通过控制纳米管密度进行这样的半导体网络的制备，以克服半导体纳米管的渗透极限而不克服金属纳米管的渗透极限。这种方法不需要对器件进行任何前/后处理，并且可容易地用于晶片等级或甚至更大等级的产生。
在一个实施方案中，本发明提供了利用半导体纳米管网络作为活性通道的生物传感器阵列。在另一实施方案中，半导体纳米管网络提供了改善的灵敏性。
在另一实施方案中，本发明提供了通过如下方式制造纳米管生物传感器的方法：以由铁蛋白分子形成的Fe纳米颗粒作为催化剂，通过化学气相沉积法在具有500nm SiO2的简并掺杂的Si晶片上在顶部上生长单壁碳纳米管。在另一实施方案中，通过一个或多个下面步骤制造纳米管生物传感器：(1)将铁蛋白在去离子水(D.I.水)中的稀释溶液置于Si/SiO2晶片上并且在室温下保持1h，致使铁蛋白分子沉积到衬底上；(2)用D.I.水洗涤衬底，接着在空气中于700℃下煅烧10分钟，从而形成Fe纳米颗粒；(3)在煅烧后，将衬底置于在氢气气氛中加热到900℃的石英管中，且一旦温度达到900℃，使甲烷(1300sccm)、乙烯(20sccm)和氢气(600sccm)流入石英管并持续10分钟，这在衬底上产生CNT网络；(4)在生长后，接着通过光学光刻法和剥离技术进行源-漏电极的图案化；(5)然后实施氧等离子体1分钟以刻蚀不需要的CNT同时用聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)包覆通道区域。在另一实施方案中，金属电极由10nm Cr和30nm Au制成。在另一实施方案中，所得器件的通道宽度和长度分别为5mm和100μm。
纳米传感器平台-PDMS芯片附着到硅/氧化硅氧化物表面
如本文所公开的，本发明人开发了将PDMS芯片附着到硅/氧化硅表面的新技术。在过去，大多通过在PDMS表面由氧等离子体活化产生高度反应性自由基物质(其可与硅/氧化硅表面上存在的OH基团反应)来实现PDMS对硅/氧化硅表面的附着。为了反应，硅/氧化硅上的OH基团必须垂直地对准PDMS表面上的自由基。成功反应的数目越大，PDMS对硅/氧化硅的粘合性越强。因此可需要在Si/SiO2上具有大表面密度的OH基团和在PDMS上具有大表面密度的自由基。在纳米线/纳米管生长过程结束时，Si/SiO2芯片是高度失水的，在其表面上具有显著降低数目的OH基团。在失水Si/SiO2表面上产生大表面密度的OH基团的方法将会是高度有价值的。如图11中所描绘，本发明人发现用双官能分子处理Si/SiO2表面对于将硅/硅氧化物的表面共价键合到PDMS芯片是有用的，所述双官能分子含有对Si/SiO2具有结合亲和性的硅烷端基(其中W、Y或Z可为甲氧基、乙氧基、甲基等基团)，在另一端含有对活化的PDMS呈反应性的另一种官能团(其中X可为NH2、甲氧基等)，且这两个端基被碳链(n＝0、1、2、3等)间隔开。其它对于此目的也有用的连接分子可包括Si(OH)4和Si(OR)4以及烷基硅烷；本文中使用的R是烷基或H。
在一个实施方案中，本发明提供了将PDMS微流体芯片附着到硅和/或氧化硅表面的方法。在另一实施方案中，通过一个或多个下面步骤附着PDMS微流体芯片：(1)将硅烷衍生物连接分子在其使用前进行新鲜蒸馏；(2)制备在甲醇中硅烷衍生物浓度为2-10％的溶液；(3)使用氧等离子体清洁硅/氧化硅表面(60托O2，1-10分钟)，其中如果Si/SiO2表面存在的任何部件对O2等离子体敏感，则可用PMMA层对其进行保护；(4)将硅/氧化硅表面浸没在硅烷-衍生物甲醇中过夜；(5)用甲醇洗掉未结合的硅烷衍生物；(6)用热丙酮或苯甲醚洗掉PMMA；(7)将硅/氧化硅芯片在120℃下焙烧1-2小时，该Si/SiO2芯片即可用于附着；(8)用氧等离子体活化PDMS芯片(60托O2，1-10分钟)；(9)将活化的PDMS芯片和衍生化的(derivatized)Si/SiO2芯片彼此接触放置并且在120℃下焙烧2小时；(10)完成PDMS对硅/氧化硅的稳固附着。
纳米传感器平台-校准、调节和灵敏性，以及再现性
如本领域所已知的，在过去，传感器性能大的变化(其决定了特别用于定量分析的传感器的可靠性)成为纳米传感器商业化的尝试中的一种挑战。虽然该问题的可能解决方案是制造一致性器件，但报导了存在与纳米材料合成的精确控制有关的困难。
如本文所公开的，本发明人开发了数据分析方法来校准传感器响应。本文按图12、13和14描绘了例子。因为传感器响应的变化得以降低，并且其是不需要过多劳动的简单分析方法，所以该方法对于制造一致性器件是补偿性的。本发明人使用从晶体管测量选取的参数校准In2O3纳米线生物传感器的响应，致使变异系数降低。本发明人显示可从晶体管测量选取两个可用于将In2O3纳米线生物传感器的响应归一化的参数。使用两种响应定义，一种是绝对响应，另一种是相对响应。
在一个实施方案中，本发明提供了校准传感器响应的方法。在另一实施方案中，校准传感器响应的方法包括从晶体管测量选取参数。在另一实施方案中，参数包括dIds/dVg和/或dlogIds/dVg。在另一实施方案中，传感器是In2O3纳米线生物传感器。在另一实施方案中，使用液栅测量来校准传感器响应。在另一实施方案中，校准包括ΔI和/或ΔG。在另一实施方案中，校准包括ΔI/I和/或ΔG/G。
如本文所进一步公开的，本发明人通过使用液栅来调节In2O3纳米线生物传感器的灵敏性。本文按图15描绘了例子。尽管灵敏性作为评价传感器性能的量度(metric)是重要的，但是需要提高灵敏性，特别是通过后器件制造方法。根据本文描述的多种实施方案，可使用液栅通过向该液栅施加不同的栅电压来调节生物传感器的灵敏性。类似地，该方法可用于场效应晶体管型生物传感器。
在一个实施方案中，本发明提供了通过使用液栅调节生物传感器的灵敏性的方法。在另一实施方案中，生物传感器包括In2O3纳米线。在另一实施方案中，通过向液栅施加不同的栅电压将液栅用于调节生物传感器的灵敏性。在另一实施方案中，本发明提供了用于调节生物传感器的灵敏性的装置，其中将由特氟隆制成的化学单元(cell)安装到器件上并且用PBS填充，将Pt丝插入PBS中并用作栅电极和/或液栅。
II.用于疾病检测的生物标志物信号的分析
用于疾病检测的生物标志物信号的分析-纳米传感器平台上疾病的多标志物标记
如本文所公开的，本发明人制造了基于纳米线和/或纳米管的传感器器件，该传感器经设计用于疾病和/或状况的检测和监测。该器件可以识别在疾病、细菌或病毒污染、过敏反应等演变时出现的独特分子信号。这些器件还利用任何和所有捕获分子例如抗体、PNA、RNA、DNA和蛋白质适体、低聚核苷酸(包括RNA和DNA)、受体，配体以及任何其它可检测生物分子的捕获分子的捕获能力。因此，该检测平台可检测具体疾病的独特分子信号并且消除或减少对多重测试的需要，因此降低具有病人健康状况的最终评价所需的总时间。
在一个实施方案中，本发明提供了用于检测和/或监测疾病和/或状况的装置，该装置包括与捕获分子结合的传感器器件，其中所述捕获分子可以识别与疾病和/或状况有关的分子信号。在另一实施方案中，传感器器件包括纳米线和/或纳米管。在另一实施方案中，一个和/或多个捕获分子可以是多核苷酸、多肽、抗体、适体、受体、配体或其组合。在另一实施方案中，疾病和/或状况是癌症。
在一个实施方案中，本发明提供了通过将传感器器件与捕获分子结合来检测和/或监测疾病的方法，其中所述捕获分子可以识别与疾病和/或状况有关的分子信号。在另一实施方案中，传感器器件包括纳米线和/或纳米管。在另一实施方案中，捕获分子可以是多核苷酸、多肽、抗体、适体、受体、配体或其组合。在另一实施方案中，疾病和/或状况是癌症。
在另一实施方案中，本发明提供了通过下面步骤或其组合分析用于疾病检测的一个或多个生物标志物信号的方法：(1)获得基于纳米线或纳米管的器件；(2)清洁纳米材料的表面；(3)然后用特定的捕获探针将芯片上的各个单独器件或器件组的表面进行功能化；(4)随时间监测器件的电导，然后将芯片放置成与受分析的溶液接触，其中特定疾病的各个单生物标志物用其相应的探针分子捕获。
用于疾病检测的生物标志物信号的分析-肽适体和蛋白质适体作为纳米生物传感器的捕获试剂
如本文所进一步公开的，在基于纳米线/纳米管的传感器器件中，本发明人在用于具体疾病的生物标志物的多重检测以及微生物/病毒检测中使用肽适体和/或蛋白质适体作为捕获试剂。肽适体是具有限定的三维结构的肽序列，显示其以高的亲和性和特异性结合至特定生物分子(蛋白质等)。常见例子由在两个端部连接到蛋白质支架的可变肽组成，并且可变长度典型地由10-20个氨基酸构成。(肽和蛋白质适体二者的)肽键在大范围的pH值中是稳定的，从而给予蛋白质适体独特的稳健性。此外，肽和蛋白质适体与抗体相比尺寸小很多(2-3nm和2-6KDa)，从而使捕获的分子(分析物)将在空间上更接近纳米线/纳米管。这种分析物-纳米线的接近性使分析物的电场对器件中的电荷载流子施加了较大影响。
在一个实施方案中，本发明是用于特定疾病的生物标志物的多重检测的传感器器件，其中捕获分子是肽适体和/或蛋白质适体。在另一实施方案中，肽适体和/或蛋白质适体固定在纳米线的表面上。
在另一实施方案中，本发明提供了通过下面步骤或其组合制造用于生物标志物多重检测的生物传感器器件的方法：(1)获得基于纳米线或纳米管的器件；(2)清洁纳米材料的表面；(3)然后用连接分子将纳米材料的表面进行功能化；(4)将肽适体或蛋白质适体共价键合到连接分子且因此将其固定在纳米材料表面上。
用于疾病检测的生物标志物信号的分析-降低背景噪声的方法
如本文所公开的，在如下情形中进行分析物的检测时背景噪声可成为明显问题，其中：(1)分析物具有低的净电荷。在该情形中，可使用称作夹心测定法的技术来放大结合信号。(2)分析物以痕量水平存在于生物分子的复杂混合物例如血液、血清或尿中。在这样的混合物中，背景生物分子可能以接近高达分析物浓度的万亿倍的浓度存在。当分析物以痕量水平存在时，可对生理溶液进行预处理以除去主要血清组分(使用预处理色谱柱或者通过用“去除剂”将微观流体通道功能化)，或者可用一种或多种减少任何“非特异”结合情况的分子将纳米材料的表面进行功能化。
根据本文描述的各种实施方案，可以通过利用预先使用对主要背景组分具有高亲和性的捕获试剂改性的固相来预处理生理溶液。这种固相可以为呈许多不同形式，包括珠状物、改性的PDMS微观流体壁或图案化微阵列(在除纳米传感器阵列外的单独芯片上)。重要地，将捕获部件安装至固定载体，样品在到达纳米传感器之前从其经过。因此，在样品遇到纳米传感器之前，从样品除去主要背景组分。
在一个实施方案中，使用夹心测定法来放大来自结合情况的信号以检测具有低静电荷的分子。常规的纳米线生物传感通常以两步骤方法进行：探针分子的附着，接着是目标生物分子的结合。本发明人提出将夹心抗体分析与纳米线生物传感组合。在另一实施方案中，可以通过一个或多个下面步骤进行夹心测定法：首先，将目标蛋白质的初级抗体附着到NW。然后将分析物(含有目标蛋白质)输送到NW。在捕获目标蛋白质后，引入指向目标蛋白质并且结合到信号增强物(带电纳米颗粒或蛋白质)的第二抗体。该具有信号增强物的第二抗体可提高信号以及特异性，这是因为目标蛋白质被具有附着到信号增强物的第二抗体的两种抗体识别。类似地，在另一实施方案中，当分析物是DNA/RNA核苷酸时，还可实施夹心测定法的改进形式以放大结合信号。可使用高度带电的嵌入剂例如YOYO1嵌入杂交DNA(在NW表面上形成双链体)(如图16中所描绘)。小的高度带电分子例如YOYO1可插入DNA双螺旋中并且它们的分子电荷影响器件电导。如对于本领域技术人员易于理解的，夹心测定法将不限于蛋白质的使用。
在另一实施方案中，可以将生理溶液预处理以除去主要生物组分。在另一实施方案中，通过利用微观流体系统来预处理生理溶液。在另一实施方案中，预处理包括用于除去非特异蛋白质和分子的预处理色谱柱。在另一实施方案中，通过如下将生理溶液预处理：将主要血清蛋白质的抗体附着到PDMS微观流体通道的基底和/或壁以实现非特异蛋白质的“芯片上”去除。如本文所公开的，这些技术显著降低含有分析物的生理样品中背景蛋白质的浓度，从而减少假阳性和假阴性的风险。如对于本领域技术人员易于理解的，生理溶液绝不限于血清。类似地，除蛋白质外，还可以协同各种分子利用生理溶液的预处理。
在另一实施方案中，可以将PEG基团加入到纳米线表面以防止非特异血清蛋白质的非特异结合。如本文所公开的，纳米线上的PEG基团可排斥可能非特异地与纳米线表面相互作用的蛋白质。
用于疾病检测的生物标志物信号的分析-使用PNA捕获探针检测DNA/RNA双螺旋
如本文所进一步公开的，双链DNA(dDNA)或双链RNA(dRNA)的捕获可以使用固定在纳米线FET传感器表面上的单链PNA探针或双链PNA探针得以实现。已知PNA探针通过“侵入”杂交到双链DNA/RNA。本文中按图17描绘了例子。这种侵入相互作用将被纳米线/纳米管FET传感器检测到，这是因为捕获的dDNA/dRNA的高的分子电荷。已知PNA探针通过“侵入”杂交到双链DNA/RNA。捕获双螺旋DNA而非单链DNA通过消除预分析步骤而允许更为直接的检测，所述预分析步骤将dsDNA展开/解链成两个ssDNA。这种方案的另一个优点由双螺旋DNA(其强电场可对器件的载流子施加巨大影响)上大的分子电荷提供。
在另一实施方案中，本发明可以通过使用PNA捕获探针检测多核苷酸。
如对于本领域技术人员易于理解的，可以结合本文描述的各种实施方案使用任何数目的生物标志物。生物标志物的一些例子包括但不限于多肽，抗原例如糖基化的亚单元和脂质，以及多核苷酸(包括微RNA、微卫星DNA、SNP以及遗传和表观遗传两者)。类似地，如对于本领域技术人员易于理解的，本文描述的各种实施方案可以用于任何数目的疾病和状况。疾病和状况的一些例子包括但绝不限于癌症，心脏病，自身免疫性疾病，内分泌疾病，脑疾病，生殖疾病，包括病毒、朊病毒(prion)、细菌、真菌类、酵母菌的传染性疾病，以及评价产前状况的方法。
本发明的其它特征和优点由下面描述将变得明显，所述描述以举例方式说明了本发明实施方案的各种特征。
实施例
提供下面实施例以更好地说明所要求保护的发明并且不理解为限制本发明的范围。对于提及的特定材料的程度，其仅仅是出于说明目的并且不意欲限制本发明。本领域技术人员可以开发出等效的方式或反应物而不需运用创造性能力且不背离本发明的范围。
实施例1
纳米线传感器制造：交指形电极
相比于用非交指形电极制造的器件，使用交指形电极以改善的一致性和产率来获得纳米线场效应晶体管生物传感器的容易和可靠的制造方法。本发明人利用交指形电极来提高对于使用自底向上方法制造纳米传感器的有效通道宽度。这些交指形电极致使提高在源极和漏极之间进行桥接的随机分散的纳米线的概率/数目，并同时保持相同的印记。结果，用交指形电极制造的器件相比于具有非交指形电极的器件具有更为一致的性能和更高的产率，并且器件的产率和一致性比得上用组装辅助技术获得的那些。这种方法具有若干其它优点，例如简单性、可量测性、再现性、高产出量和室温处理性。
使用该方法在完整的3英寸晶片上制造器件，并且所得良好器件的产率超过70％(良好器件的定义是开/关比率＞102的器件)。重复该方法若干次，通过连续获得相当的产率证实了该方法的再现性。该器件显示出窄的阈值电压分布(CV 38.5％)，从而证实了器件的一致性。
实施例2
纳米线传感器制造：交指形电极-制造方法
该制造由三步骤组成：首先，通过超声处理将In2O3 NW(通过先前开发的激光烧蚀处理2预先生长在Si/SiO2衬底上)悬浮在异丙醇中。然后将该溶液分散到完整的3”Si/SiO2衬底上，接着通过光学光刻法限定出Ti/Au源电极和漏电极。将交指形电极设计成具有2.5mm的通道长度以及500、780和2600mm的有效通道宽度。
实施例3
纳米线传感器制造：交指形电极-结果
本发明人分别给出了在完整的3”晶片上具有三种不同几何形状的In2O3 NW器件的光学显微照片，交指形电极的光学显微照片，以及桥接源极和漏极的In2O3 NW的SEM图像。如本文所公开的，本发明人显示了良好器件的传输特性，其中显示了在线性和log标度中于不同栅电压(Vg)下的源-漏电流(Ids)相对于源-漏电压(Vds)的坐标图，和Ids相对于Vg的坐标图。Ids相对于Vds的坐标图表现出类似于MOSFET的晶体管行为，Ids相对于Vg的坐标图显示具有～106开/关比率的器件的良好栅极相关性(gate dependence)。本发明人通过精细调节纳米线密度获得了＞70％的良好器件产率。本文还公开的是，SEM图像显示In2O3纳米线样品具有高密度和低密度。电学表征了用这些纳米线样品制造的器件，并且相对于有效通道宽度绘制电连接(EC)产率、由电连接源极和漏极制成的良好器件(GD)的产率，以及良好器件总产率(TGD)。用高密度NW制造的器件对于每个通道宽度表现出100％EC，而其对于具有低密度NW的器件为从就最小通道宽度的75％至就最长通道宽度的98％。这种对于较高密度NW和较宽通道的EC的提高可得到直观理解。在另一方面，随着通道宽度就高和低密度NW样品均提高，GD产率(和作为结果的TGD)降低，并且对于相同的通道宽度，就高密度NW的GD产率低于就低密度NW样品的GD产率。这可以通过“劣”NW(表示在源电极和漏电极之间具有极小的栅极依赖性的NW)的渗透得到解释，所述渗透类似于网络化碳纳米管晶体管中金属纳米管路径的渗透。在生长后通常可观测到的具有大直径的NW可以是这样的“劣”NW，这是因为栅电压作用由于NW的大直径而不能调节NW的整体。除产率外，还分析了器件一致性。如本文所公开，在覆盖有50nm SiO2的Si衬底上制造的器件(具有2,600μm的通道宽度)的阈值电压分布。其表现出-0.65V的平均值和0.25V的标准偏差，这产生38.5％的变异系数。这仅稍高于用Langmuir Blodgett方法组装的Si NW器件的变异系数(34.6％)。
实施例4
纳米线传感器制造：使用绝缘体上单晶硅、多晶硅和/或非晶硅自顶向下制造硅纳米线
本发明人利用多晶硅和非晶硅作为活性材料来替代绝缘体上硅(SOI)结构中的单晶硅使用自顶向下方法制造高密度和一致性生物传感器阵列。通过用多晶硅和非晶硅替代SOI晶片中的单晶硅，成本得到显著降低，并同时保持产生高产率和小的器件与器件之间变化的自顶向下、工厂相容性制造的优点。此外，可将非晶硅沉积在非常规刚性/柔性衬底例如玻璃和PET上，这进一步降低了器件价格。
实施例5
纳米线传感器制造：使用绝缘体上单晶硅/多晶硅/非晶硅自顶向下制造硅纳米线-制造方法
该方法由下面步骤组成：
1.在合适衬底上沉积多晶硅或非晶硅，或者使用绝缘体上单晶硅晶片作为起始材料。
2.使用光学光刻法和反应性离子刻蚀(RIE)限定出活性层台面。
3.进行离子注入以产生简并引入物。
4.实施退火以活化掺杂剂。
5.使用电子束刻写和RIE限定出具有所需宽度的纳米线。
6.使用光学光刻法和剥离技术产生金属触点。
实施例6
纳米管传感器制造：高度定向碳纳米管
本发明人使用定向碳纳米管来制造大的高密度传感器阵列。本发明开发了基于在所需位置的定向碳纳米管图案化生长的可制造和可缩放生物传感器阵列的新型直接方法。这种方法与竞争技术相比具有如下方面的若干优点：1)由于使用无需电子束写入的常规制造而大量生产，2)由于多个纳米管的使用而一致和可重复的器件性能，和3)以特定位置和以任何阵列尺寸确定性地构建生物传感器阵列。有序纳米管阵列的使用提供许多显著优点，这是因为取向控制使传感器阵列制造的再现性变得容易并得到提高。此外，该结构具有容错性：一个通道的破坏使其它通道仍然敞开，从而在源极和漏极之间提供传导路径。还可以使用这种方法作为多重纳米生物传感器阵列制造的基础。成功地制造了利用定向碳纳米管作为半导体通道的生物传感器阵列并且将其用于生物分子IgG的检测。
实施例7
纳米管传感器制造：制造方法
本发明人以本文中所说明的多步骤方法制造了碳纳米管FET阵列。所述方法由下面步骤组成：
(1)催化剂制备：将石英衬底以光学光刻法进行图案化从而产生用于催化剂的孔洞。将在去离子(D.I.)水中的铁蛋白(Sigma)溶液滴到衬底上并保持10分钟。然后用D.I.水冲洗衬底，和在丙酮中剥离光致抗蚀剂层。在700℃下将具有铁蛋白颗粒的衬底煅烧10分钟以形成充当催化剂的铁氧化物纳米颗粒。
(2)定向碳纳米管生长：以2,500sccm的甲烷、10sccm的乙烯和600sccm的氢在900℃下进行CNT的化学气相沉积(CVD)生长10分钟，从而在特定位置产生取向CNT配置。
(3)金属电极限定：最后，使用光学光刻法和剥离技术限定出金属电极(10nm Ti和30nm Au)。
在这些工序后，本发明人成功制造了定向碳纳米管生物传感器阵列。相邻器件之间的间距为～20μm，且各个器件被明显间隔开，如显示跨越两个器件之间无纳米管的SEM图像所证实。
实施例8
纳米管传感器制造：定向纳米管器件的器件表征和用抗I gG抗体的IgG感测
本发明人表征了定向纳米管器件的电性能，并且在本文中显示了结果。器件电阻显示平均值为154.9kΩ，具有132.2kΩ的标准偏差。通过生长较高密度的定向纳米管可使该分布变窄。本发明人还使用这些器件来检测I gG抗原。首先通过在4℃下浸入PBS缓冲液中的抗IgG抗体溶液中约12小时用抗IgG抗体对该器件进行功能化。然后使该器件暴露于浓度为100nM的IgG抗原溶液，该器件显示电导下降～8％。在暴露于7μM IgG抗原时，该器件显示电导进一步下降～7％。该结果证实了定向纳米管基生物传感器的成功使用。
实施例9
纳米管传感器制造：半导体纳米管网络的使用
本发明人使用半导体纳米管网络作为生物传感器的活性通道来改善灵敏性。单壁碳纳米管可分为两种类型，这两种类型为金属纳米管和半导体纳米管。显示出半导体纳米管与金属纳米管相比更易于受环境影响。这表明其中传输由一种贯穿半导体纳米管控制的碳纳米管基生物传感器，比其中通过金属纳米管和半导体纳米管二者发生传输的生物传感器具有表现出更好灵敏性的可能性。基于这种思想，本发明人使用半导体碳纳米管网络作为本生物传感器的活性通道，并且将灵敏性(最低检测极限)改善到具有混合纳米管(金属和半导体纳米管两种)网络的器件的大于20倍。通过控制纳米管密度进行这样的半导体网络的制备，以克服半导体纳米管的渗透极限而不克服金属纳米管的渗透极限。这种方法不需要对器件进行任何前/后处理，并且可容易地用于晶片等级或甚至更大等级的生长。使用碳纳米管网络成功制造了具有高的开/关比率(纳米管网络半导性的指示)的器件，其中仔细了调节纳米管的密度。
实施例10
纳米管传感器制造：制造方法
以由铁蛋白分子形成的Fe纳米颗粒作为催化剂，通过化学气相沉积法(CVD)在具有500nm SiO2的简并掺杂的Si晶片上在顶部上生长CNT。下面描述了器件制备：
(1)将铁蛋白在去离子水(D.I.水)中的稀释溶液置于Si/SiO2晶片上并且在室温下保持1h，致使铁蛋白分子沉积到衬底上。然后用D.I.水洗涤衬底，接着在空气中于700℃下煅烧10分钟，从而允许形成Fe纳米颗粒。
(2)在煅烧后，将置于石英管中的衬底在氢气气氛中加热到900℃，一旦温度达到900℃，使甲烷(1300sccm)、乙烯(20sccm)和氢气(600sccm)流入石英管并持续10分钟，这在衬底上产生CNT网络。
(3)在生长后接着使源-漏电极的图案化，其通过光学光刻法和剥离技术进行。金属电极由10nm Cr和30nm Au制成。所得器件的通道宽度和长度分别为5mm和100μm。然后实施氧等离子体1分钟以刻蚀不希望的CNT并同时用聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)包覆通道区域。
应注意，CNT密度的控制对于获得高开/关比率的器件是关键的，其通过调节催化剂颗粒的密度来进行。本文中显示了产生高开/关比率的器件的典型CNT密度。
实施例11
纳米管传感器制造：器件特性
本文显示了这样的CNT器件的典型电特性。绘制了在不同栅电压(Vg)的源-漏电流(Ids)相对于源-漏电压(Vds)，并且显示了在不同Vg下明显分开的曲线。这些明显分开的曲线表示器件对栅电压的良好灵敏性，这产生如稍后所示的改善的器件灵敏性。在本文所示的Ids相对于Vg曲线中也可观测到对栅电压的这种良好灵敏性。应注意，使用半导体纳米管和金属纳米管的混合物网络的CNT器件通常显示出＜10的开/关比率。
实施例12
纳米管传感器制造：使用半导体纳米管网络和混合纳米管网络的器件的灵敏性对比
为了验证使用半导体纳米管网络相比于混合纳米管网络的优点，本发明人测试了使用链霉亲合素(SA)作为模型例(model case)的两种器件的灵敏性。将所述器件安装在电化学单元中，然后用磷酸盐盐水缓冲液填充该单元。在该器件暴露于不同浓度的SA溶液的同时监测该器件的电导。用本文公开的使用半导体纳米管网络的器件感测SA。该器件在暴露于100pM的SA溶液时显示～1％的电导下降，并且进一步加入较高浓度的SA产生大的电导下降。在另一方面，使用混合纳米管网络的器件在暴露于2nM SA时仅显示出可忽略的响应(＜＜1％)，从而表示混合纳米管网络器件的最低检测极限与半导体纳米管网络器件相比最多为其1/20。此外，在不同浓度下对SA的响应幅度的对比揭示了半导体纳米管网络器件比混合纳米管网络器件提高的灵敏性，从而证实了使用半导体纳米管网络作为生物传感器的优点。
实施例13
PDMS芯片对硅、硅氧化物或玻璃表面的附着
本发明人开发了将PDMS芯片附着到硅氧烷/氧化硅氧化物表面的新技术。在过去，大多通过在PDMS表面由氧等离子体活化产生高度反应性自由基物质(其可与硅/氧化硅表面上存在的OH基团反应)来实现PDMS对硅/氧化硅表面的附着。为了反应，硅/氧化硅上的OH必须垂直地对准PDMS表面上的自由基。成功反应的数目越大，PDMS对硅/氧化硅的粘合性越强。因此在Si/SiO2上具有大表面密度的OH基团和在PDMS上具有大表面密度的自由基是重要的。在纳米线/纳米管生长过程结束时，Si/SiO2芯片是高度失水的，在其表面上具有显著降低数目的OH基团。在失水Si/SiO2表面上产生大表面密度的OH基团的方法将会是高度有价值的。如图11中所描绘，本发明人发现用双官能分子处理Si/SiO2表面对于将硅/硅氧化物的表面共价键合到PDMS芯片是很有用的，所述双官能分子含有对Si/SiO2具有结合亲和性的硅烷端基(其中W、Y或Z可为甲氧基、乙氧基、甲基等基团)，在另一端含有对活化的PDMS呈反应性的另一种官能团(其中X可为NH2、甲氧基等)，且这两个端基被碳链(n＝0、1、2、3等)间隔开。其它对于此目的也有用的连接分子将包括Si(OH)4和Si(OR)4以及烷基硅烷；本文中使用的R是烷基或H。
通过使用前述任何连接分子，可实现PDMS芯片对硅/氧化硅表面的非常稳固的附着。
实施例14
PDMS芯片对硅/氧化硅表面的附着：制造方法
制造方法包括以下：
1.将硅烷衍生物连接分子在其使用前进行新鲜蒸馏。
2.制备在甲醇中硅烷衍生物浓度为2-10％的溶液。
3.使用氧等离子体清洁硅/氧化硅表面(60托O2，1-10分钟)。如果Si/SiO2表面存在的任何部件对O2等离子体敏感，则可用PMMA层对其进行保护。
4.将硅/氧化硅表面浸没在硅烷-衍生物甲醇溶液中过夜。
5.用甲醇洗掉未结合的硅烷衍生物。
6.用热丙酮或苯甲醚洗掉PMMA。
7.将硅/氧化硅芯片在120℃下焙烧1-2小时。该Si/SiO2芯片即可用于附着。
8.用氧等离子体活化PDMS芯片(60托O2，1-10分钟)。
9.将活化的PDMS芯片和衍生化的Si/SiO2芯片彼此接触放置并且在120℃下焙烧2小时。
10.完成PDMS对硅/氧化硅的稳固附着。
实施例15
校准、调节和灵敏性，以及再现性
本发明人使用从晶体管测量选取的参数来校准In2O3纳米线生物传感器的响应，致使变异系数(CV)降低。本发明人开发了校准传感器响应的数据分析方法。该方法具有其可降低传感器响应偏差的优点。此外，它是不需要过多劳动的简单分析方法，该过多劳动对于制造一致性器件通常是需要的。该方法对于制造一致性器件是补偿性的。本发明人显示可从晶体管测量选取两个可用于将In2O3纳米线生物传感器的响应归一化的参数。使用两种响应定义，一种是绝对响应，另一种是相对响应。
实施例15
校准、调节和灵敏性，以及再现性：制造方法
器件参数的选取：为选取用校准传感器响应的参数，本发明人使用液栅测量。本文中显示了测量机构的示意图。将由特氟隆制成的化学单元安装到器件上，并用去离子水稀释100倍的磷酸盐盐水缓冲液(PBS)填充。将Pt丝插入该缓冲液中并用作栅电极(液栅)。液栅的电压(Vg)从-0.6V扫至0.6V并同时在源电极和漏电极之间施加0.2V(Vds)，将穿过源极和漏极的电导(Ids)作为栅电压的函数进行监测。本文显示了典型的Ids-Vg曲线，该曲线以线性和log标度绘制。使用所获得的Ids-Vg曲线，本发明人选取器件参数来使传感器响应归一化。使用两种参数即dIds/dVg和dlogIds/dVg分别来归一化绝对响应(定义为在Vg＝600mV下感测前的Ids-感测后的Ids)和相对响应(定义为在Vg＝600mV下(感测前的Ids-感测后的Ids)除以Ids)。
感测：本发明人使用链霉亲合素和抗生物素蛋白作为模型例以证实其想法的有效性。将器件暴露于链霉亲合素或抗生物素蛋白在稀释100倍的PBS中的溶液中(1μM)，在暴露前/后进行Ids-Vg测量。由这些曲线计算绝对响应和相对响应。本文公开了器件暴露于链霉亲合素溶液前/后的典型Ids-Vg曲线，SEM图像的插图显示了被用生物素官能化的In2O3纳米线捕获的标记有10nm Au纳米颗粒的链霉亲合素分子。
传感器响应的校准：本发明人通过使绝对响应和相对响应分别除以dIds/dVg和dlogIds/dVg而成功将它们归一化。如本文所公开的，本发明人显示了相对于器件鉴别数目绘制的绝对响应的例子以及校准之前的响应平均值。相比之下，在进行校准之后，归一化的器件响应(绝对响应/dIds/dVg)显示出偏离平均值的较小偏差。通过引入偏差系数(CV)校验了该较小偏差，所述偏差系数为标准偏差除以平均值。如本文所公开的，分别显示了对于链霉亲合素和抗生物素蛋白在校准前/后的绝对和相对响应的CV(其中显示了在对于每一响应校准后降低的CV)，支持了所述想法的有效性。
实施例16
校准、调节和灵敏性，以及再现性：使用液栅的灵敏性调节
本发明人通过使用液栅来调节In2O3纳米线生物传感器的灵敏性。该方法可提高生物传感器的灵敏性并且可用于相同类型的生物传感器即场效应晶体管型生物传感器。本发明人显示，可使用液栅通过向该液栅施加不同的栅电压来调节生物传感器的灵敏性。
液栅构造：本文显示了测量机构的示意图。将由特氟隆制成的化学单元安装到器件上，并用去离子水稀释100倍的磷酸盐盐水缓冲液(PBS)填充。将Pt丝插入该缓冲液中，用作栅电极(液栅)。
液栅的灵敏性调节：本发明人使用链霉亲合素(SA)作为模型例来试验其想法，并且检查一种In2O3纳米线器件在保持栅电压(Vg)处于不同偏压时的灵敏性。本文显示的是当Vg＝0.4V时SA的感测。当将该器件暴露于10、100和1,000nM的SA时，该器件显示出分别提高1、2和10％的归一化电导。在另一方面，对于Vg＝0.1V，该器件显示出分别提高4、24和47％的归一化电导，从而指示了提高的响应。
实施例17
生物标志物信号的分析：纳米传感器平台上的疾病的多标志物标记
本发明人制备了基于纳米线或纳米管的传感器器件，该器件经设计用以检测和监测具体疾病。这些器件中的每一个识别在疾病、细菌或病毒污染、过敏反应等演变时出现的独特分子信号。这些器件可以利用任何和所有的捕获分子(包括抗体、RNA、DNA和蛋白质适体、低聚核苷酸(包括RNA和DNA)、受体、配体)以及任何其它可检测生物分子的捕获分子的捕获能力。该检测平台可检测具体疾病的独特分子信号。该器件消除了对多重测试的需要，因此降低具有病人健康状态的最终评价所需的总时间。
实施例18
生物标志物信号的分析：使用和制造方法
使用和制造方法包括以下：
1.获得基于纳米线或纳米管的器件。单芯片上的器件数目通常为几打。
2.通过标准工序清洁纳米材料的表面；
3.为了配置传感器芯片以检测具体疾病，必须使用单个传感芯片检测疾病的各个生物标志物。因此将设计每个芯片至少一个器件以检测特定生物标志物。对于这种选择性功能化，使用用于纳米线/纳米管的选择性功能化的技术，该技术利用微观流体器件或电化学技术。
4.然后用特定的捕获探针将芯片上的各个单独器件或器件组的表面进行功能化。
5.随时间监测器件的电导，然后将芯片放置成与受分析的溶液接触，其中特定疾病的各个单生物标志物被其相应的探针分子捕获。
实施例19
生物标志物信号的分析：肽和/或蛋白质适体作为捕获试剂或纳米传感器。
在基于纳米线/纳米管的传感器器件中，本发明人在用于特定疾病的生物标志物的多重检测以及微生物/病毒检测中使用肽适体和/或蛋白质适体作为捕获试剂。肽适体是具有限定的三维结构的肽序列，显示其以高的亲和性和特异性结合特定生物分子(蛋白质等)。例子可以由在两个端部连接到蛋白质支架的可变肽组成，并且可变长度典型地由10-20个氨基酸构成。(肽和蛋白质适体二者的)肽键在大范围的pH值中是稳定的，从而给予蛋白质适体独特的稳健性。此外，肽和蛋白质适体与抗体相比尺寸小很多(2-3nm和2-6KDa)，从而使捕获的分子(分析物)将在空间上更接近纳米线/纳米管。这种分析物-纳米线的接近性使分析物的电场对器件中的电荷载流子产生较大影响。本发明人证明了蛋白质适体在固定到生物传感器中的纳米线表面上时确实起到捕获分子作用。
实施例20
生物标志物信号的分析：制造肽和/或蛋白质适体作为捕获试剂或纳米传感器的方法。
肽和/或蛋白质适体可以通过以下方式作为捕获试剂或纳米传感器进行制备：
1.获得基于纳米线或纳米管的器件
2.通过标准工序清洁纳米材料的表面
3.然后用连接分子将纳米材料的表面进行功能化；
4.将肽适体或蛋白质适体共价键合到连接分子且因此将其固定在纳米材料表面上。
5.一旦该器件用合适的捕获分子进行配置，该器件即可用作传感器。
实施例21
生物标志物信号的分析：降低背景噪声的方法-夹心测定法
(1)获得基于纳米线或纳米管的器件。单芯片上的器件数目通常为几打。(2)通过标准工序清洁纳米材料的表面。(3)为了配置传感器芯片以检测特定疾病，必须使用传感芯片检测疾病的各个生物标志物。因此将设计每个芯片至少一个器件以检测特定生物标志物。对于这种选择性功能化，使用用于纳米线/纳米管的选择性功能化的技术，该技术利用微观流体器件或电化学技术。(4)然后用特定的捕获探针将芯片上的各个单独器件或器件组的表面进行功能化。(5)随时间监测器件的电导，而然后将芯片放置成与受分析的溶液接触，其中特定疾病的各个单生物标志物用其相应的探针分子捕获。(6)用PBS缓冲液洗掉并置换分析物溶液。(7)使同样结合到捕获的分析物的第二配体流经传感器表面。这种第二配体可以是适体或抗体并且其标记有高度带电的标志物或磁性纳米颗粒。这种标志物的目的是提高由分析物结合到纳米线所引起的信号。(8)可向该工序增加将分析物交联到捕获探针的步骤，因此将分析物也共价键合到纳米线/纳米管器件。该交联步骤利用小的、高度反应性分子例如戊二醛或甲醛。(9)让DNA分析物与纳米线表面上的DNA/PNA探针杂交。(10)在获得稳定的基准之前用PBS缓冲液洗掉含有分析物的溶液。(11)使PBS中含有嵌入分子的溶液流经传感器。可将嵌入剂插入PNA-PNA或DNA-DNA双螺旋。取决于嵌入剂载带的电荷类型，可以提高或降低纳米线的电导(嵌入剂可以导致载流子积聚或耗尽)。
实施例22
生物标志物信号的分析：背景噪声的降低-除去主要生物组分。
(1)将用于除去非特异蛋白质的预处理色谱柱构建到微观流体系统中。(2)将主要血清蛋白质的抗体附着到PDMS微观流体通道的壁上以实现非特异蛋白质的“芯片上”去除：(a)用氧等离子体清洁PDMS微观流体芯片；(b)将PDMS芯片对准硅芯片表面并且紧靠之轻轻压制；(c)将PDMS+传感器芯片在80℃下焙烧至少2小时；(d)将捕获的分子共价连接到PDMS(参见例如，Curreli等人，“Realtime，label freedetection of biological entities using nanowire based fieldeffect transistors；”IEEE 2008)。
作为替代方案：(1)用捕获试剂将固相进行功能化(选择性地结合到要从溶液中除去的背景分子)。该固相可以在单独芯片上或者在微观流体器件的侧壁上。(2)使生理溶液在与纳米传感器接触之前流经改性的固相。
实施例23
生物标志物信号的分析：背景噪声的降低-向纳米线/纳米管表面加入PEG基团
(1)通过标准工序清洁纳米材料的表面。(2)用连接分子涂覆纳米线/纳米管的表面。(3)可以将连接分子进一步活化用于生物缀合。(3)然后用特定的捕获探针将芯片上的各个单独器件或器件组的表面进行功能化。(4)捕获探针(与PEG短序列相比时为尺寸相对大的生物分子)将不与表面上所有可能的活化连接分子反应。(5)可利用非反应性表面位点将具有末端反应性基团的PEG链连接到纳米线/纳米管，致使纳米材料的表面被PEG以及捕获分子钝化。
本领域技术人员可认识到与本文描述的那些类似或等效的许多方法和材料，其可用于本发明的实践。实际上，本发明不限于所描述的方法和材料。对于本发明的目的，下面定义了以下术语。

Claims (48)

1.一种纳米传感器，其包含：
经配置用于发出电信号的纳米材料；和
一种或多种分布在该纳米材料表面的捕获试剂，
其中对该纳米传感器进行配置从而使目标分子对一种或多种捕获试剂之一的结合引起电信号的变化。
2.权利要求1的纳米传感器，其中电信号的变化是电导、电流、跨导、电容、阈值电压或它们的组合的变化。
3.权利要求1的纳米传感器，其中捕获试剂包含多核苷酸和/或多肽。
4.权利要求1的纳米传感器，其中捕获试剂包含适体、受体、配体或它们的组合。
5.权利要求1的纳米传感器，其中纳米材料包含碳纳米管。
6.权利要求1的纳米传感器，其中纳米材料通过碳纳米管的图案化生长制成。
7.权利要求1的纳米传感器，其中纳米材料包含In2O3纳米线。
8.权利要求1的纳米传感器，其中跨导变化通过液栅测量进行校准。
9.权利要求1的纳米传感器，其中目标分子包含分析物。
10.权利要求1的纳米传感器，其中目标分子包含生物分子。
11.权利要求10的纳米传感器，其中存在或不存在生物分子是与疾病有关的分子信号的指示。
12.一种补偿检测系统，其包含：
用衬底垂直功能化的纳米材料。
13.权利要求12的补偿检测系统，其中纳米材料包含碳纳米管和/或In2O3纳米线。
14.权利要求12的补偿检测系统，其中衬底包含Si/SiO2。
15.一种制备生物传感器以检测与疾病有关的分子信号的存在的方法，该方法包括：
提供包含一对或多对交指形源电极和漏电极的生物传感器；和
在所述一对或多对交指形源电极和漏电极上制造多个纳米线。
16.权利要求15的方法，其中纳米线包含In2O3。
17.权利要求16的方法，其中In2O3生长在衬底上。
18.权利要求15的方法，其中一种或多种交指形源电极和漏电极各具有1微米-100微米的通道长度和100微米-1000微米的通道宽度。
19.权利要求15的方法，其中交指形源电极和漏电极各具有约2.5微米的通道长度以及约500、约780和/或约2600微米的通道宽度。
20.一种制备生物传感器阵列的方法，该方法包括：
将一些多晶硅和/或一些非晶硅置于绝缘衬底上；和
将所述一些多晶硅和/或一些非晶硅合并为生物传感器阵列的部件。
21.一种生物传感器阵列，其包含：
图案化成一个或多个纳米线的薄膜半导体。
22.一种纳米传感器平台，其包含：
用多个交指形电极和纳米线配置的场效应晶体管，和
在绝缘体上的多晶/非晶硅，
其中在绝缘体上的多晶/非晶硅是场效应晶体管的部件。
23.权利要求的22的纳米传感器平台，其中纳米线包含In2O3。
24.一种制造纳米管生物传感器的方法，该方法包括：
制备催化剂；
通过使用所制备的催化剂生长定向纳米管；和
限定由定向纳米管间隔开的金属电极。
25.权利要求的24的方法，其中生长定向纳米管包括用甲烷、乙烯、氢和/或CO作为进料进行纳米管的化学气相沉积生长。
26.权利要求的24的方法，其中生长定向纳米管包括使用蓝宝石和/或石英作为衬底。
27.一种将弹性体聚二甲基硅氧烷附着到硅/氧化硅表面的方法，该方法包括：
用连接分子处理硅/氧化硅表面；和
将弹性体聚甲基硅氧烷附着到硅/氧化硅表面。
28.权利要求的27的方法，其中连接分子包含硅酸和/或烷基硅烷。
29.权利要求的27的方法，其中连接分子包含硅化合物。
30.一种校准纳米传感器平台的响应的方法，该方法包括：
选取纳米传感器平台的一种或多种电子性能；和
校准来自从纳米传感器平台选取的所述一种或多种电子性能的响应。
31.权利要求的30的方法，其中一种或多种电子性能之一包含跨导。
32.权利要求的30的方法，其中跨导定义为用dIds/dVg除。
33.权利要求的30的方法，其中跨导定义为用dlogIds/dVg除。
34.一种用于检测和/或监测疾病的装置，该装置包含：
纳米材料；和
结合到该纳米材料的多个捕获分子，
其中对所述多个捕获分子进行配置用以识别一种或多种与疾病分子信号有关的生物分子。
35.权利要求的34的装置，其中捕获分子包含多肽。
36.权利要求的34的装置，其中捕获分子包含多核苷酸。
37.权利要求的34的装置，其中捕获分子包含适体。
38.权利要求的34的装置，其中捕获分子包含多核苷酸复合物。
39.一种在从其获得样品的个体中确定疾病存在的方法，该方法包括：
从样品除去背景噪声；
提供经配置以检测疾病的多标志物信号存在或不存在的纳米传感器器件；和
将纳米传感器器件与样品接触以确定疾病的多标志物信号存在或不存在，
其中多标志物信号的存在是该疾病的指示。
40.权利要求的39的方法，包括通过用一种或多种防止非目标存在体发生结合的分子将纳米传感器器件功能化来除去背景噪声。
41.权利要求的39的方法，包括通过放大纳米传感器器件的结合信号来除去背景噪声。
42.权利要求的39的方法，包括使用夹心测定法来放大纳米传感器器件的结合信号。
43.权利要求的39的方法，包括通过预处理样品以除去主要干扰成分而除去背景噪声。
44.一种处理疾病的方法，该方法包括：
提供经配置的纳米传感器器件以检测疾病的分子信号存在或不存在；
将纳米传感器器件与样品接触以确定疾病的分子信号存在或不存在；
和处理疾病。
45.一种改善纳米传感器的灵敏性的方法，该方法包括：
提供纳米传感器；和
通过液栅电压和/或背栅电压进行生物传感测量以改善纳米传感器的灵敏性。
46.一种制备生物传感器阵列的方法，该方法包括：
将一些半导体膜置于衬底上；和
将所述一些半导体膜合并为生物传感器阵列的部件。
47.权利要求的46的方法，其中半导体膜包含单晶硅。
48.权利要求的46的方法，其中半导体膜包含多晶硅/或非晶硅。
CN2008801175504A 2007-10-01 2008-10-01 使用和构建纳米传感器平台的方法 Pending CN102016570A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US97678007P 2007-10-01 2007-10-01
US97677407P 2007-10-01 2007-10-01
US60/976,774 2007-10-01
US60/976,780 2007-10-01
PCT/US2008/078502 WO2009085356A2 (en) 2007-10-01 2008-10-01 Methods of using and constructing nanosensor platforms

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102016570A true CN102016570A (zh) 2011-04-13

Family

ID=40526648

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008801175504A Pending CN102016570A (zh) 2007-10-01 2008-10-01 使用和构建纳米传感器平台的方法

Country Status (6)

Country Link
US (3) US8609333B2 (zh)
EP (2) EP2210093A4 (zh)
JP (2) JP2011518311A (zh)
CN (1) CN102016570A (zh)
CA (3) CA2701401C (zh)
WO (3) WO2009046136A2 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8609333B2 (en) 2007-10-01 2013-12-17 University Of Southern California Detection of methylated DNA and DNA mutations
CN106483191A (zh) * 2016-10-27 2017-03-08 吉林大学 一种通过消除甜点效应提高质谱检测重复性的方法
CN109470679A (zh) * 2017-09-08 2019-03-15 清华大学 用于分子检测的分子载体
CN111551607A (zh) * 2020-05-21 2020-08-18 福建医锦智能科技有限公司 用于检测的生物阵列及其检测方法

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5211790B2 (ja) * 2007-03-26 2013-06-12 住友化学株式会社 Ｄｎａメチル化測定方法
WO2013154750A1 (en) 2012-04-10 2013-10-17 The Trustees Of Columbia Unversity In The City Of New York Systems and methods for biological ion channel interfaces
US20100204062A1 (en) * 2008-11-07 2010-08-12 University Of Southern California Calibration methods for multiplexed sensor arrays
US20100256344A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 University Of Southern California Surface modification of nanosensor platforms to increase sensitivity and reproducibility
WO2011017077A2 (en) * 2009-07-27 2011-02-10 Trustees Of Boston University Nanochannel-based sensor system with controlled sensitivity
GB201004147D0 (en) * 2010-03-12 2010-04-28 Dna Electronics Ltd Method and apparatus for sensing methylation
DE202010017796U1 (de) * 2010-09-22 2012-09-07 Actc-Anti Cirme Technology Corporations Gmbh Substanz zur gerichtsverwertbaren Markierung
CN102033089A (zh) * 2010-10-27 2011-04-27 清华大学 生物传感器，其封装结构及检测系统
CN103620403B (zh) * 2011-01-11 2016-08-10 纽约市哥伦比亚大学理事会 使用纳米管监测单分子的系统和方法
US8450131B2 (en) * 2011-01-11 2013-05-28 Nanohmics, Inc. Imprinted semiconductor multiplex detection array
EP2678669A1 (en) 2011-02-23 2014-01-01 The Trustees of Columbia University in the City of New York Systems and methods for single-molecule detection using nanopores
US9599614B2 (en) 2011-03-14 2017-03-21 Yale University Calibration of nanostructure sensors
US20130201316A1 (en) 2012-01-09 2013-08-08 May Patents Ltd. System and method for server based control
WO2013158280A1 (en) 2012-04-20 2013-10-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for single-molecule nucleic-acid assay platforms
US10088477B2 (en) 2012-07-30 2018-10-02 The Regents Of The University Of California Biomolecular detection test strip design
WO2014028793A1 (en) * 2012-08-17 2014-02-20 The United States Of America, As Represented By The Secretary, Dept. Of Health And Human Services Cyclopentane-peptide nucleic acids for qualitative and quantitative detection of nucleic acids
CN104685069A (zh) * 2012-08-17 2015-06-03 拜奥-奈穆斯公司 核酸分类
EP2735868B1 (en) * 2012-11-26 2015-11-25 University College Cork Nanowire electrode sensor
US9316612B2 (en) 2013-01-04 2016-04-19 Yale University Regenerative nanosensor devices
KR102056928B1 (ko) * 2013-01-16 2019-12-18 삼성디스플레이 주식회사 터치스크린 패널 및 그의 제조방법
US9435896B2 (en) * 2013-07-31 2016-09-06 Globalfoundries Inc. Radiation detector based on charged self-assembled monolayers on nanowire devices
WO2016021693A1 (ja) * 2014-08-08 2016-02-11 日本化薬株式会社 電界効果型トランジスタおよびそれを用いたセンサ
CA2967022A1 (en) * 2014-11-07 2016-05-12 Proteosense Devices, systems, and methods for the detection of analytes
DE102014016712B4 (de) * 2014-11-13 2022-12-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Transportables Chipmesssystem und Verfahren zum Betrieb eines transportablen Chipmesssystems
US20180031483A1 (en) * 2014-11-26 2018-02-01 Washington University In St. Louis Bioplasmonic detection of biomarkers in body fluids using peptide recognition elements
EP3230722A4 (en) 2015-01-30 2018-09-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Signal transmission bandwidth allocation on a microfluidic chip
KR102338748B1 (ko) * 2015-04-21 2021-12-15 삼성디스플레이 주식회사 터치 스크린 패널 및 이의 제조 방법
US20170015699A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-19 Orizhan Bioscience Limited Partially Neutral Single-Stranded Oligonucleotide
WO2017058827A1 (en) * 2015-09-29 2017-04-06 Essenlix Corp. Method of detecting an analyte in a sample
US10502725B2 (en) * 2015-10-13 2019-12-10 University Of Utah Research Foundation Ultra-low power digital chemical analyzers
US10502724B2 (en) 2015-10-13 2019-12-10 University Of Utah Research Foundation Ultra-low power digital chemical analyzers
CN109642888B (zh) 2016-06-30 2022-11-01 格拉夫威尔科技公司 极性流体门控场效应器件
US20200294401A1 (en) 2017-09-04 2020-09-17 Nng Software Developing And Commercial Llc. A Method and Apparatus for Collecting and Using Sensor Data from a Vehicle
US20210038653A1 (en) * 2018-02-02 2021-02-11 Fred Hutchinson Cancer Research Center Methods for treating facioscapulohumeral muscular dystrophy
CN112867533A (zh) 2018-08-14 2021-05-28 神经触发有限公司 经皮颜面神经刺激的方法及设备及其应用
US10968098B2 (en) * 2018-10-02 2021-04-06 International Business Machines Corporation Selective functionalization of sensing surface with nanoscale spatial resolution
US11143584B2 (en) 2018-10-02 2021-10-12 International Business Machines Corporation Selective functionalization of sensing surface
EP3888346A4 (en) 2019-02-19 2022-08-24 Edgy Bees Ltd. ESTIMATION OF THE REAL-TIME DELAY OF A VIDEO STREAM
US11255805B2 (en) 2019-12-23 2022-02-22 Nanodx, Inc. Sensor system and methods
WO2023283031A2 (en) * 2021-06-15 2023-01-12 Richard Postrel Handheld device for early detection of disease, biological, chemical, and pathogenic agents

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1517707A (zh) * 2003-01-16 2004-08-04 中国科学院电子学研究所 一种用于制备毛细管沟道及其取样的方法
TW200525144A (en) * 2003-05-14 2005-08-01 Nantero Inc Sensor platform using a non-horizontally oriented nanotube element
US20050263798A1 (en) * 2002-11-14 2005-12-01 Eberhard Kurth Ion-sensitive field effect transistor and method for producing an ion-sensitive field effect transistor
WO2007102629A1 (en) * 2005-06-28 2007-09-13 Korea Research Institute Of Chemical Technology Carbon nanotube transistor biosensors with aptamers as molecular recognition elements and method for sensing a target material using the same

Family Cites Families (76)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA739100B (en) * 1972-12-15 1974-10-30 Ici Ltd Pesticidal composition's and process
US5637716A (en) * 1993-07-30 1997-06-10 Eisai Co., Ltd. Processes for the preparation of hydroquinone and benzoquinone derivatives
US5897945A (en) 1996-02-26 1999-04-27 President And Fellows Of Harvard College Metal oxide nanorods
US6036774A (en) * 1996-02-26 2000-03-14 President And Fellows Of Harvard College Method of producing metal oxide nanorods
WO1999004626A1 (en) * 1997-07-28 1999-02-04 Fox Chase Cancer Center Novel gene encoding a dna repair endonuclease and methods of use thereof
US6346189B1 (en) * 1998-08-14 2002-02-12 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Carbon nanotube structures made using catalyst islands
US20010026920A1 (en) * 2000-02-25 2001-10-04 Mark Chandler Internal standards and controls for multiplexed assay
US6716620B2 (en) * 2000-04-17 2004-04-06 Purdue Research Foundation Biosensor and related method
US9709559B2 (en) 2000-06-21 2017-07-18 Bioarray Solutions, Ltd. Multianalyte molecular analysis using application-specific random particle arrays
US6709566B2 (en) * 2000-07-25 2004-03-23 The Regents Of The University Of California Method for shaping a nanotube and a nanotube shaped thereby
US7301199B2 (en) * 2000-08-22 2007-11-27 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale wires and related devices
CA2430888C (en) * 2000-12-11 2013-10-22 President And Fellows Of Harvard College Nanosensors
US20070128744A1 (en) * 2005-07-27 2007-06-07 Tour James M Self-assembly of molecules and nanotubes and/or nanowires in nanocell computing devices, and methods for programming same
US6723299B1 (en) * 2001-05-17 2004-04-20 Zyvex Corporation System and method for manipulating nanotubes
US6706402B2 (en) 2001-07-25 2004-03-16 Nantero, Inc. Nanotube films and articles
JP2003144172A (ja) * 2001-11-16 2003-05-20 Nisshinbo Ind Inc メチル化検出用オリゴヌクレオチド固定化基板
US20040253741A1 (en) * 2003-02-06 2004-12-16 Alexander Star Analyte detection in liquids with carbon nanotube field effect transistor devices
US20070048181A1 (en) * 2002-09-05 2007-03-01 Chang Daniel M Carbon dioxide nanosensor, and respiratory CO2 monitors
US20040026684A1 (en) * 2002-04-02 2004-02-12 Nanosys, Inc. Nanowire heterostructures for encoding information
AU2003231300A1 (en) * 2002-05-04 2003-11-17 Aviva Biosciences Corporation Apparatus including ion transport detecting structures and methods of use
US20040038307A1 (en) * 2002-05-10 2004-02-26 Engeneos, Inc. Unique recognition sequences and methods of use thereof in protein analysis
WO2003104789A1 (en) 2002-06-06 2003-12-18 Rutgers, The State University Of New Jersey MULTIFUNCTIONAL BIOSENSOR BASED ON ZnO NANOSTRUCTURES
US6946851B2 (en) * 2002-07-03 2005-09-20 The Regents Of The University Of California Carbon nanotube array based sensor
US20060292564A1 (en) * 2002-08-27 2006-12-28 Epigenomics Ag Method and nucleic acids for the analysis of breast cell proliferative disorders
AU2003251307A1 (en) 2002-09-10 2004-04-30 The Trustees Of The University Pennsylvania Carbon nanotubes: high solids dispersions and nematic gels thereof
AU2003282875A1 (en) * 2002-09-25 2004-04-19 California Institute Of Technology Microfluidic large scale integration
WO2004034025A2 (en) 2002-10-10 2004-04-22 Nanosys, Inc. Nano-chem-fet based biosensors
EP1558933A1 (en) 2002-11-08 2005-08-03 Nanomix, Inc. Nanotube-based electronic detection of biological molecules
US20040200734A1 (en) * 2002-12-19 2004-10-14 Co Man Sung Nanotube-based sensors for biomolecules
US6855606B2 (en) * 2003-02-20 2005-02-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor nano-rod devices
JP3657591B2 (ja) * 2003-03-25 2005-06-08 独立行政法人科学技術振興機構 ｐチャンネル電界効果トランジスタ及びそれを用いたセンサ
WO2005031299A2 (en) 2003-05-14 2005-04-07 Nantero, Inc. Sensor platform using a non-horizontally oriented nanotube element
US7910064B2 (en) * 2003-06-03 2011-03-22 Nanosys, Inc. Nanowire-based sensor configurations
US7670831B2 (en) * 2003-06-13 2010-03-02 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Conductive carbon nanotubes dotted with metal and method for fabricating a biosensor using the same
US7416911B2 (en) 2003-06-24 2008-08-26 California Institute Of Technology Electrochemical method for attaching molecular and biomolecular structures to semiconductor microstructures and nanostructures
EP1663863A2 (en) * 2003-07-29 2006-06-07 William Marsh Rice University Selective functionalization of carbon nanotubes
US8346482B2 (en) * 2003-08-22 2013-01-01 Fernandez Dennis S Integrated biosensor and simulation system for diagnosis and therapy
TWI253502B (en) 2003-08-26 2006-04-21 Ind Tech Res Inst A structure and manufacturing process of a nano device transistor for a biosensor
US7632234B2 (en) 2003-08-29 2009-12-15 Medtronic, Inc. Implantable biosensor devices for monitoring cardiac marker molecules
US8105780B2 (en) * 2003-09-22 2012-01-31 Agency For Science, Technology And Research Device and method of detecting mutations and polymorphisms in DNA
US20050253137A1 (en) * 2003-11-20 2005-11-17 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale arrays, robust nanostructures, and related devices
US7394118B2 (en) 2004-03-09 2008-07-01 University Of Southern California Chemical sensor using semiconducting metal oxide nanowires
WO2006071247A2 (en) 2004-03-30 2006-07-06 California Institute Of Technology Diagnostic assays including multiplexed lateral flow immunoassays with quantum dots
US7785922B2 (en) 2004-04-30 2010-08-31 Nanosys, Inc. Methods for oriented growth of nanowires on patterned substrates
US7105428B2 (en) 2004-04-30 2006-09-12 Nanosys, Inc. Systems and methods for nanowire growth and harvesting
DE602005013957D1 (de) * 2004-06-03 2009-05-28 Meso Scale Technologies Llc Verfahren zur durchführung von vollbluttests
WO2006107312A1 (en) 2004-06-15 2006-10-12 President And Fellows Of Harvard College Nanosensors
JP2008511008A (ja) * 2004-08-24 2008-04-10 ナノミックス・インコーポレーテッド Ｄｎａ検出用ナノチューブセンサー装置
US7635423B2 (en) 2004-09-30 2009-12-22 E. I. Du Pont De Nemours And Company Redox potential mediated, heterogeneous, carbon nanotube biosensing
US7473943B2 (en) * 2004-10-15 2009-01-06 Nanosys, Inc. Gate configuration for nanowire electronic devices
US7560366B1 (en) 2004-12-02 2009-07-14 Nanosys, Inc. Nanowire horizontal growth and substrate removal
US7544978B2 (en) * 2005-01-24 2009-06-09 Lawrence Livermore National Security, Llc Lipid nanotube or nanowire sensor
JP4891550B2 (ja) * 2005-02-10 2012-03-07 独立行政法人科学技術振興機構 ｎ型トランジスタ、ｎ型トランジスタセンサ及びｎ型トランジスタ用チャネルの製造方法
US20060188934A1 (en) * 2005-02-22 2006-08-24 Ying-Lan Chang System and method for implementing a high-sensitivity sensor with improved stability
CN101184853B (zh) 2005-03-29 2012-07-04 阿普尔拉股份有限公司 用于分析核酸的基于纳米线的系统
US20100227382A1 (en) 2005-05-25 2010-09-09 President And Fellows Of Harvard College Nanoscale sensors
US20070001581A1 (en) * 2005-06-29 2007-01-04 Stasiak James W Nanostructure based light emitting devices and associated methods
US7410912B2 (en) * 2005-09-02 2008-08-12 The Hong Kong Polytechnic University Methods of manufacturing metal oxide nanowires
US20070092870A1 (en) * 2005-10-20 2007-04-26 Yiping Zhao Detection of biomolecules
JP5146732B2 (ja) * 2005-11-10 2013-02-20 住友金属鉱山株式会社 インジウム系ナノワイヤ、酸化物ナノワイヤ及び導電性酸化物ナノワイヤ並びにそれらの製造方法
CN101310389B (zh) * 2005-11-18 2010-06-23 Nxp股份有限公司 金属基极纳米线晶体管
US20070161029A1 (en) * 2005-12-05 2007-07-12 Panomics, Inc. High throughput profiling of methylation status of promoter regions of genes
WO2007133288A1 (en) 2005-12-15 2007-11-22 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Sensing devices from molecular electronic devices utilizing hexabenzocoronenes
CA2643997A1 (en) 2006-03-15 2008-03-06 President And Fellows Of Harvard College Nanobioelectronics
US7718995B2 (en) 2006-06-20 2010-05-18 Panasonic Corporation Nanowire, method for fabricating the same, and device having nanowires
JP2008082988A (ja) 2006-09-28 2008-04-10 Hokkaido Univ 多段階増幅を利用した検出方法
WO2008051762A2 (en) * 2006-10-26 2008-05-02 Abbott Laboratories Immunoassay of analytes in samples containing endogenous anti-analyte antibodies
WO2008127314A1 (en) 2006-11-22 2008-10-23 President And Fellows Of Harvard College High-sensitivity nanoscale wire sensors
US20080280776A1 (en) 2006-12-04 2008-11-13 Rashid Bashir Method and apparatus for detection of molecules using a sensor array
US20080200342A1 (en) * 2007-02-15 2008-08-21 Rao Rupa S Device, Array, And Methods For Disease Detection And Analysis
US8956823B2 (en) 2007-08-20 2015-02-17 Bio-Rad Laboratories, Inc. Anti-antibody reagent
US7795677B2 (en) * 2007-09-05 2010-09-14 International Business Machines Corporation Nanowire field-effect transistors
CN102016570A (zh) 2007-10-01 2011-04-13 南加利福尼亚大学 使用和构建纳米传感器平台的方法
US20100204062A1 (en) * 2008-11-07 2010-08-12 University Of Southern California Calibration methods for multiplexed sensor arrays
US20100256344A1 (en) * 2009-04-03 2010-10-07 University Of Southern California Surface modification of nanosensor platforms to increase sensitivity and reproducibility
US20110287959A1 (en) * 2010-05-20 2011-11-24 University Of Southern California Pan-antibody assays - principles, methods, and devices

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050263798A1 (en) * 2002-11-14 2005-12-01 Eberhard Kurth Ion-sensitive field effect transistor and method for producing an ion-sensitive field effect transistor
CN1517707A (zh) * 2003-01-16 2004-08-04 中国科学院电子学研究所 一种用于制备毛细管沟道及其取样的方法
TW200525144A (en) * 2003-05-14 2005-08-01 Nantero Inc Sensor platform using a non-horizontally oriented nanotube element
WO2007102629A1 (en) * 2005-06-28 2007-09-13 Korea Research Institute Of Chemical Technology Carbon nanotube transistor biosensors with aptamers as molecular recognition elements and method for sensing a target material using the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHAO LI ET AL: ""Complementary Detection of Prostate-Specific Antigen Using In2O3 Nanowires and Carbon Nanotubes"", 《JOURNAL OF AMERICAN CHEMICAL SOCIETY》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8609333B2 (en) 2007-10-01 2013-12-17 University Of Southern California Detection of methylated DNA and DNA mutations
CN106483191A (zh) * 2016-10-27 2017-03-08 吉林大学 一种通过消除甜点效应提高质谱检测重复性的方法
CN106483191B (zh) * 2016-10-27 2019-03-08 吉林大学 一种通过消除甜点效应提高质谱检测重复性的方法
CN109470679A (zh) * 2017-09-08 2019-03-15 清华大学 用于分子检测的分子载体
CN111551607A (zh) * 2020-05-21 2020-08-18 福建医锦智能科技有限公司 用于检测的生物阵列及其检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009085356A8 (en) 2010-04-29
CA2701401C (en) 2013-05-14
CA2701380C (en) 2014-03-11
US20110275544A1 (en) 2011-11-10
WO2009085356A3 (en) 2009-10-15
US20100260745A1 (en) 2010-10-14
CA2701447A1 (en) 2009-07-09
EP2205714A1 (en) 2010-07-14
JP2011518311A (ja) 2011-06-23
CA2701380A1 (en) 2009-04-09
WO2009046136A3 (en) 2009-05-22
WO2009085356A2 (en) 2009-07-09
EP2210093A2 (en) 2010-07-28
WO2009046136A2 (en) 2009-04-09
EP2210093A4 (en) 2012-12-05
EP2205714A4 (en) 2011-01-12
US20100292348A1 (en) 2010-11-18
CA2701401A1 (en) 2009-04-09
US8609333B2 (en) 2013-12-17
WO2009046110A1 (en) 2009-04-09
JP2012163578A (ja) 2012-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102016570A (zh) 使用和构建纳米传感器平台的方法
Mu et al. Silicon nanowire field-effect transistors—A versatile class of potentiometric nanobiosensors
US10401353B2 (en) Systems and methods for single-molecule nucleic-acid assay platforms
US9506892B2 (en) Field-effect transistor, single-electron transistor and sensor using the same
Stern et al. Semiconducting nanowire field-effect transistor biomolecular sensors
US8232584B2 (en) Nanoscale sensors
US9535063B2 (en) High-sensitivity nanoscale wire sensors
US8017938B2 (en) Apparatus for microarray binding sensors having biological probe materials using carbon nanotube transistors
Chen et al. Electrical nanogap devices for biosensing
Shao et al. Nanotube–antibody biosensor arrays for the detection of circulating breast cancer cells
US20070178477A1 (en) Nanotube sensor devices for DNA detection
US20090066348A1 (en) Apparatus and method for quantitative determination of target molecules
US9880126B2 (en) Biosensor based on carbon nanotube-electric field effect transistor and method for producing the same
US20110193183A1 (en) Nanowire sensor, nanowire sensor array and method of fabricating the same
WO2006024023A2 (en) Nanotube sensor devices for dna detection
Tey et al. Nanotubes-/nanowires-based, microfluidic-integrated transistors for detecting biomolecules
KR101130947B1 (ko) 탄소나노튜브-전계효과 트랜지스터 기반의 바이오센서 및 그 제조방법
Zhang et al. Semiconductor nanowires for biosensors
Ishikawa Applications of one-dimensional structured nanomaterials as biosensors and transparent electronics
Okkels et al. Bioprocessing in Microreactors

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110413